L'ascesa delle pile a combustibile raffreddate ad aria e sigillate tramite catodo

Il "fallimento" degli stack raffreddati ad aria a catodo chiuso è alle porte. Con la graduale espansione di scenari applicativi a bassa potenza come autobus turistici, carrelli elevatori, veicoli aerei senza pilota (UAV) e veicoli a due ruote, gli stack raffreddati ad aria sono gradualmente entrati a far parte delle applicazioni tradizionali delle celle a combustibile. Gli stack raffreddati ad aria a catodo chiuso, con i loro vantaggi di buona adattabilità ambientale, durata e semplicità di manutenzione, hanno attirato molta attenzione nel percorso tecnologico delle celle a combustibile raffreddate ad aria e sono diventati un punto di riferimento.

Caratteristiche tecniche e stato applicativo degli stack raffreddati ad aria con catodo chiuso

Pile raffreddate ad aria Possono essere suddivisi in due categorie in base alle loro caratteristiche strutturali: a catodo aperto e a catodo chiuso. Tra questi, lo stack a catodo aperto raffreddato ad aria: il catodo è esposto direttamente all'ambiente e l'aria ambiente viene introdotta nello stack tramite dispositivi come i ventilatori. L'aria funge sia da fonte di gas di reazione che da mezzo di dissipazione del calore.

Lo stack raffreddato ad aria con catodo chiuso è caratterizzato dal fatto che il catodo non è a contatto diretto con l'ambiente e l'alimentazione dell'aria e la dissipazione del calore sono gestite separatamente. Di solito è necessario un sistema di alimentazione dell'aria dedicato, come un ventilatore o un compressore d'aria, per fornire l'ossigeno necessario alla reazione, mentre un sistema di dissipazione del calore indipendente viene utilizzato per rimuovere il calore generato durante il funzionamento dello stack.

Rispetto agli stack raffreddati ad aria a catodo aperto, gli stack raffreddati ad aria a catodo chiuso sono meno influenzati da fattori ambientali (come temperatura, umidità e qualità dell'aria) grazie all'alimentazione dell'aria e alla dissipazione del calore indipendenti. Inoltre, possono in una certa misura evitare l'impatto negativo dell'aria inquinata sulla vita utile delle celle a combustibile, con conseguente maggiore durata e vita utile più lunga.

"Le prestazioni dei camini raffreddati ad aria a catodo chiuso dipendono in larga misura dalla progettazione dei canali del gas e dei collettori per distribuire uniformemente l'aria immessa", ha affermato il direttore tecnico di un'azienda nazionale produttrice di camini. I camini raffreddati ad aria a catodo chiuso richiedono complessi sottosistemi di alimentazione dell'aria, che possono includere compressori, umidificatori, filtri dell'aria, ecc. Questo li rende anche relativamente meno influenzati dalle condizioni ambientali circostanti, in particolare temperatura e umidità.

Naturalmente, i vantaggi delle celle a combustibile a catodo chiuso raffreddate ad aria si basano sulla loro struttura relativamente complessa, che ne determina anche un costo relativamente più elevato rispetto alle celle a combustibile a catodo aperto raffreddate ad aria. Come appreso da Gaogong Hydrogen Power nel sondaggio, a giugno 2025, con un approvvigionamento all'ingrosso, il prezzo delle celle a combustibile a catodo aperto raffreddate ad aria era generalmente superiore a 4.000 RMB/kW, mentre il prezzo dei sistemi a catodo chiuso raffreddati ad aria era superiore di almeno il 30% rispetto ai primi.

In questa fase, gli stack raffreddati ad aria a catodo chiuso sono adatti per applicazioni ad alta densità di potenza (superiore a 1 A/cm²). Gli scenari applicativi richiedono spazio sufficiente per i sistemi ausiliari delle celle a combustibile (sottosistemi di raffreddamento, alimentazione dell'aria e pretrattamento), con un intervallo di potenza tipico compreso tra 2 kW e 100 kW.

Nel complesso, in questa fase, mentre l'industria delle celle a combustibile si espande gradualmente dai sistemi a pila raffreddati ad acqua ad alta potenza utilizzati nei veicoli commerciali e nelle autovetture ai sistemi a pila raffreddati ad aria di piccola e media potenza come UAV, carrelli elevatori e veicoli a due ruote, l'espansione del mercato delle celle a combustibile chiuse raffreddate ad aria è appena iniziata. Resta da vedere se riusciranno a conquistare maggiori quote di mercato con i loro vantaggi. Dal punto di vista dei futuri trend di sviluppo tecnologico, la ricerca futura sulle celle a combustibile chiuse raffreddate ad aria dovrà concentrarsi sulla minimizzazione dei sistemi di supporto per ridurre la complessità, il carico parassita e l'ingombro del sistema complessivo, nonché sulla gestione e il controllo del sistema per ottenere prestazioni ottimali.